p Drones treinando para voar rápido, em torno até dos obstáculos mais simples, é um exercício sujeito a acidentes que pode fazer com que os engenheiros consertem ou substituam veículos com uma regularidade frustrante. p Agora, os engenheiros do MIT desenvolveram um novo sistema de treinamento de realidade virtual para drones que permite a um veículo "ver" um rico, ambiente virtual enquanto voa em um espaço físico vazio.

p O sistema, que a equipe apelidou de "Flight Goggles, "poderia reduzir significativamente o número de acidentes que os drones experimentam em sessões de treinamento reais. Também pode servir como um ambiente de teste virtual para qualquer número de ambientes e condições em que os pesquisadores possam querer treinar drones que voam rapidamente.

p "Achamos que isso é uma virada de jogo no desenvolvimento da tecnologia de drones, para drones que vão rápido, "diz Sertac Karaman, professor associado de aeronáutica e astronáutica no MIT. "Se alguma coisa, o sistema pode tornar os veículos autônomos mais responsivos, mais rápido, e mais eficiente. "

p Karaman e seus colegas apresentarão detalhes de seu sistema de treinamento virtual na IEEE International Conference on Robotics and Automation na próxima semana. Os co-autores incluem Thomas Sayre-McCord, Guerra de inverno, Amado Antonini, Jasper Arneberg, Austin Brown, Guilherme Cavalheiro, Dave McCoy, Sebastian Quilter, Fabian Riether, Ezra Tal, Yunus Terzioglu, e Luca Carlone, do Laboratório de Sistemas de Informação e Decisão do MIT, junto com Yajun Fang do Laboratório de Ciência da Computação e Inteligência Artificial do MIT, e Alex Gorodetsky dos Laboratórios Nacionais Sandia.

p Alargando os limites

p Karaman foi inicialmente motivado por um novo, robo-esporte extremo:corrida competitiva de drones, em que drones controlados remotamente, dirigido por jogadores humanos, tentativa de superar um ao outro através de um intrincado labirinto de janelas, portas, e outros obstáculos. Karaman se perguntou:poderia um drone autônomo ser treinado para voar tão rápido, se não mais rápido, do que esses veículos controlados por humanos, com precisão e controle ainda melhores?

p "Nos próximos dois ou três anos, queremos entrar em uma competição de corrida de drones com um drone autônomo, e derrotar o melhor jogador humano, "Karaman diz. Para fazer isso, a equipe teria que desenvolver um regime de treinamento inteiramente novo.

p Atualmente, treinar drones autônomos é uma tarefa física:os pesquisadores pilotam drones em grande escala, campos de teste fechados, em que costumam pendurar grandes redes para apanhar qualquer veículo que se incline. Eles também montaram adereços, como janelas e portas, através do qual um drone pode aprender a voar. Quando os veículos batem, eles devem ser reparados ou substituídos, que atrasa o desenvolvimento e aumenta o custo do projeto.

p Karaman diz que testar drones dessa forma pode funcionar para veículos que não foram feitos para voar rápido, como drones que são programados para mapear lentamente seus arredores. Mas para veículos que voam rápido que precisam processar informações visuais rapidamente enquanto voam por um ambiente, um novo sistema de treinamento é necessário.

p "No momento em que você deseja fazer computação de alto rendimento e ir mais rápido, mesmo as menores alterações feitas em seu ambiente farão com que o drone falhe, "Karaman diz." Você não pode aprender nesse ambiente. Se você quiser ultrapassar os limites de quão rápido você pode ir e calcular, você precisa de algum tipo de ambiente de realidade virtual. "

p Óculos de voo

p O novo sistema de treinamento virtual da equipe compreende um sistema de captura de movimento, um programa de renderização de imagens, e eletrônicos que permitem à equipe processar imagens rapidamente e transmiti-las ao drone.

p O espaço de teste real - um ginásio parecido com um hangar nas novas instalações de teste de drones do MIT no Edifício 31 - está alinhado com câmeras de captura de movimento que rastreiam a orientação do drone enquanto ele está voando.

p Com o sistema de renderização de imagens, Karaman e seus colegas podem desenhar cenas fotorrealísticas, como um apartamento loft ou uma sala de estar, e enviar essas imagens virtuais para o drone enquanto ele está voando pelas instalações vazias.

p "O drone estará voando em uma sala vazia, mas estará 'alucinando' um ambiente completamente diferente, e aprenderá nesse ambiente, "Karaman explica.

p As imagens virtuais podem ser processadas pelo drone a uma taxa de cerca de 90 quadros por segundo - cerca de três vezes mais rápido que o olho humano pode ver e processar imagens. Para habilitar isso, as placas de circuito personalizadas da equipe que integram um poderoso supercomputador integrado, junto com uma unidade de medida inercial e uma câmera. Eles encaixam todo esse hardware em um pequeno, Náilon com impressão 3D e estrutura de drone reforçada com fibra de carbono.

p Um curso intensivo

p Os pesquisadores realizaram um conjunto de experimentos, incluindo um em que o drone aprendeu a voar através de uma janela virtual com o dobro de seu tamanho. A janela foi colocada em uma sala de estar virtual. Enquanto o drone voava no real, instalação de teste vazia, os pesquisadores transmitiram imagens da cena da sala de estar, da perspectiva do drone, de volta para o veículo. Enquanto o drone voava por esta sala virtual, os pesquisadores ajustaram um algoritmo de navegação, permitindo que o drone aprenda na hora.

p Mais de 10 voos, o drone, voando a cerca de 2,3 metros por segundo (5 milhas por hora), voou com sucesso através da janela virtual 361 vezes, apenas "batendo" na janela três vezes, de acordo com as informações de posicionamento fornecidas pelas câmeras de captura de movimento das instalações. Karaman aponta que, mesmo que o drone caia milhares de vezes, não teria muito impacto no custo ou no tempo de desenvolvimento, pois está travando em um ambiente virtual e não fazendo nenhum contato físico com o mundo real.

p Em um teste final, a equipe configurou uma janela real na instalação de teste, e liguei a câmera interna do drone para permitir que ele veja e processe seus arredores reais. Usando o algoritmo de navegação que os pesquisadores ajustaram no sistema virtual, o drone, mais de oito voos, conseguiu voar pela janela real 119 vezes, apenas caindo ou exigindo intervenção humana seis vezes.

p "Faz a mesma coisa na realidade, "Karaman diz." É algo que programamos para fazer no ambiente virtual, cometendo erros, caindo aos pedaços, e aprendizagem. Mas não quebramos nenhuma janela real neste processo. "

p Ele diz que o sistema de treinamento virtual é altamente maleável. Por exemplo, os pesquisadores podem canalizar suas próprias cenas ou layouts para treinar drones, incluindo detalhado, réplicas mapeadas por drones de edifícios reais - algo que a equipe está considerando fazer com o Stata Center do MIT. O sistema de treinamento também pode ser usado para testar novos sensores, ou especificações para sensores existentes, para ver como eles lidariam com um drone voando rápido.

p "Poderíamos tentar especificações diferentes neste ambiente virtual e dizer, 'Se você construir um sensor com essas especificações, como isso ajudaria um drone neste ambiente? '', diz Karaman.

p O sistema também pode ser usado para treinar drones para voar com segurança ao redor de humanos. Por exemplo, Karaman prevê dividir a instalação de teste real em duas, com um drone voando pela metade, enquanto um humano, vestindo um terno de captura de movimento, anda na outra metade. O drone iria "ver" o humano na realidade virtual enquanto ele voa em seu próprio espaço. Se bater na pessoa, o resultado é virtual, e inofensivo.

p "Um dia, quando você está realmente confiante, você pode fazer isso na realidade, e ter um drone voando ao redor de uma pessoa enquanto ela está correndo, de uma forma segura, "Karaman diz." Existem muitos experimentos alucinantes que você pode fazer em toda essa coisa de realidade virtual. Hora extra, vamos mostrar tudo o que você pode fazer. " p Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.